Đồ án điều khiển hệ thống đèn giao thông tại ngã tư sử dụng Plc s7 300 Dùng hàm FB

Đề tài điều khiển hệ thống đèn giao thông tại ngã tư. Yêu cầu sử dụng plc S7300 với hàm FB, kết nối với WinCC để giám sát và điều khiểnTrong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nền kinh tế là sự ra tăng không ngừng về các loại phương tiện giao thông. Sự phát triển nhanh chóng của các phương tiện giao thông đã dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thông xảy ra rất thường xuyên. Vấn đề đặt ra ở đây là làm thế nào để đảm bảo giao thông thông suốt và sử dụng đèn giao thông ở những ngã tư, những nơi giao nhau của các làn đường là một giải pháp. Để viết chương trình điều khiển đèn giao thông ta có thể viết trên nhiều hệ ngôn ngữ khác nhau và với những thiết bị điều khiển khác nhau. Nhưng với ưu điểm vượt trội của PLC S7300 và Win CC như: giá cả hợp lí, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng ổn định, linh hoạt dễ dàng lập trình điều khiển …. Nên ở đây chúng em chọn hệ thống điều khiển có thể lập trình được PLC (Programmble Logic Control) với ngôn ngữ lập trình của S7300 để viết chương trình điều khiển đèn giao thông và điều khiển giám sát bằng Win CC. Xuất phát từ những yêu cầu thực tế và những ham muốn hiểu biết về lĩnh vực này, chúng em xin làm về đề tài: “Thiết kế giao diện cho mô hình điều khiển giám sát đèn tín hiệu giao thông sử dụng phần mềm WinCC và bộ điều khiển PLC S7300 – sử dụng khối hàm FB ”. Mục đích của đề tài là hiểu biết về các thiết bị tự động hóa, các giải pháp tự động hóa tích hợp thông qua PLC S7 300 và thiết kế giao diện bằng phần mềm WinCC và quan trọng nhất là những ứng dụng của PLC và WinCC trong thực tế cuộc sống và các lĩnh vực của ngành sản xuất.

BỘ CÔNG THƯƠNG

Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Thiết kế giao diện cho mô hình điều khiển giám sát đèn tín hiệu giao thông sử

dụng phần mềm WinCC và bộ điều khiển PLC S7-300 – sử dụng khối hàm FB

PHẦN THUYẾT MINH

Chương 1- Tổng quan về mô hình điều khiển giám sát đèn tín hiệu giao thông

Chương 2- Thiết kế phần mềm điều khiển

Chương 3- Thiết kế giao diện điều khiển giám sát

Chương 4- Kết quả mô phỏng

Ngày giao đề :05/10/2015 Ngày hoàn thành: 10/12/2015

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

HOÀNG QUỐC XUYÊN

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nền kinh tế là sự ra tăngkhông ngừng về các loại phương tiện giao thông Sự phát triển nhanh chóng củacác phương tiện giao thông đã dẫn đến tình trạng tắc nghẽn giao thông xảy ra rấtthường xuyên Vấn đề đặt ra ở đây là làm thế nào để đảm bảo giao thông thông

Xuất phát từ những yêu cầu thực tế và những ham muốn hiểu biết về lĩnh vực

này, chúng em xin làm về đề tài: “Thiết kế giao diện cho mô hình điều khiển giám sát đèn tín hiệu giao thông sử dụng phần mềm WinCC và bộ điều khiển PLC S7-300 – sử dụng khối hàm FB ” Mục đích của đề tài là hiểu biết về các

thiết bị tự động hóa, các giải pháp tự động hóa tích hợp thông qua PLC S7- 300

và thiết kế giao diện bằng phần mềm WinCC và quan trọng nhất là những ứngdụng của PLC và WinCC trong thực tế cuộc sống và các lĩnh vực của ngành sảnxuất

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT ĐÈN

TÍN HIỆU GIAO THÔNG

I GIỚI THIỆU CHUNG CỦA HỆ THỐNG

Với hiện trạng giao thông của Việt Nam nói chung cũng như của Hà Nội nóiriêng là rất phức tạp Đây vẫn còn đang là một bài toán khó của các ngành chứcnăng của Thành Phố Do nhu cầu giao thương, buôn bán cũng như đi lại củangười dân tăng lên cũng theo đó là sự gia tăng của các phương tiện giao thông.Trong khi đó, cơ sở hạ tầng giao thông của Thành Phố còn chưa đủ để đáp ứngđược như cầu lớn như vậy Đó là lý do chúng ta luôn cảm thấy mệt mỏi khi thamgia giao thông ở Việt Nam, nhất là vào giờ cao điểm Theo thống kê thì vấn đề áctắc giao thông làm thiệt hại cho nền kinh tế Việt Nam hàng trăm tỷ đồng mỗi

năm Một trong những bài toán để giải quyết vấn đề trên là phải cần có các Hệ thống đèn điều khiển giao thông thông minh, tiện lợi, giúp phần nào giải tỏa

được áp lực giao thông trong Thành Phố… Thay thế những hệ thống giao thông

đã cũ, thời gian cho các đèn được điều khiển linh hoạt hơn tùy thuộc vào lưu

lượng giao thông và hiện đại hóa chúng, nâng cao tính điều khiển cũng như giám sát trực tiếp hiện trang giao thông mỗi ngày, để chúng ta có thể ổn định

được trật tự giao thông hơn…

Hiện nay sự tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới diễn ra nhanh chóng, với sự

ra đời của hàng loạt những sản phẩm mới ứng dụng những tiến bộ ở những nướcphát triên.Đặc biệt trong những năm gân đây kĩ thuật điêu khiên phát triên mạnh

mẽ, có nhiêug công nghệ điều khiên mới được ra đời đê thay thế cho những côngnghệ đã lỗi thời

Để bắt kịp với tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới cùng như đáp ứng yêucầu CNH_HĐH đất nước thì ngành công nghiệp Việt Nam đang thay đôi nhanhchóng, công nghệ và thiết bị hiện đại đang dần dần được thay thế các công nghệlạc hậu và thiết bị cũ Các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ thống điều khiển lậptrình PLC, Vi xử lý, điện khí nén, điện tử Đang được úng dụng rộng rãi trongcông nghiệp như các dây truyền xản xuất nước ngọt, chế biến thức ăn gia xúc,máy điều khiên theo chương trình CNC, các hệ thống đèn giao thông, các hệthống báo động Trong các trường đại học, cao đẳng và các trường trung học đã

và đang đưa các thiết bị hiện đại có khả năng lập trình được vào giảng dạy Mộttrong những loại thiết bị có ứng dụng mạnh mẽ và đảm bảo có độ tin cậy cao là

hệ thống điều khiến tự động PLC

Với đề tài “Thiết kế mô hình hệ thống điều khiến đèn giao thông” Chúng

em đã vận dụng được những ưu điểm của hệ thông điều khiển này có hiệu quảcao Điều đặc biệt là ý tưởng này được ứng dụng trong thực tế rất nhiều Bởi vì

hiện trạng giao thông Việt Nam còn rất thô sơ, lạc hậu, người tham gia giaothông không đi theo đúng nguyên tắc nào mới đẫn đến tắc đường, tai nạn

II Những hình ảnh minh họa thực tế

Hình 1: Cảnh ùn tắc giao thông khi đèn giao thông ngừng hoạt động

Hình 2: Tuân thủ chấp hành giao thông khi có đèn tín hiệu giao thông

III Các thiết bị sử dụng trong mô hình

Theo yêu cầu của đề tài, nhóm đã liệt kê những thiết bị cần sử dụng trong môhình

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN

I Tổng quan về S7- 300

1 Thiết bị điều khiển logic khả trình

Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Controller) làloại thiết bị thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua mộtngôn ngữ lập trình, thay vì phải thực hiện thuật toán đó bằng mạch số Nhưvậy, PLC là một bộ điều khiển gọn, nhẹ và dễ trao đổi thông tin với môitrường bên ngoài (với các PLC khác hoặc máy tính) Toàn bộ chương trìnhđiều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chươngtrình và được thực hiện theo chu kỳ của vòng quét (scan)

Cấu trúc bên trong của một PLC

Để thực hiện một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tínhnăng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điềuhành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và tất nhiên phải có cáccổng vào/ra để giao tiếp với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin vớimôi trường xung quanh Bên cạnh đó nhằm khắc phục bài toán điều khiển

số, PLC còn phải có thêm một số khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm(Counter), bộ định thời (Timer)…và những khối hàm chuyên dùng

- Ưu điểm của bộ điều khiển lập trình được so với điều khiển nối dây:

 Tính năng mở rộng: khả năng mở rộng xử lý bằng cách thay đổichương trình lập trình một cách dễ dàng

 Độ tin cậy cao

 Cách kết nối các thiết bị điều khiển đơn giản

 Hình dáng PLC gọn nhẹ

 Phù hợp với môi trường công nghiệp

- Các ứng dụng của PLC trong sản xuất và trong dân dụng:

 Điều khiển Robot trong công nghiệp

 Hệ thống xử lý nước sạch

 Công nghệ thực phẩm

 Công nghệ chế biến dầu mỏ

 Công nghệ sản xuất vi mạch

 Điều khiển các máy công cụ

 Điều khiển và giám sát dây chuyền sản xuất

 Điều khiển hệ thống đèn giao thông

2 Các module của PLC S7-300

Để tăng tính mềm deo trong các ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn cácđối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tínhiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bịcứng hóa về cấu hình Chúng được chia nhỏ thành các module Số cácmodule được sử dụng nhiều hay ít tùy thuộc vào từng bài toán, song tốithiểu bao giờ cũng có module chính (module CPU, module nguồn) Cácmodule còn lại là những module truyền nhận tín hiệu với các đối tượngđiều khiển, chúng được ogị là các module mở rộng Tất cả các module đềuđược gá trên một thanh Rack

- Module CPU:

Đây là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộthời gian, bộ đếm, cổng truyền thông,… và có thể có các cổng vào/ra

số Các cổng vào/ra tích hợp trên CPU gọi là cổng vào ra onbroad

Trong họ PLC S7-300, các module CPU có nhiều loại và được đặt têntheo bộ vi xử lý bên trong như: CPU 312, CPU 314, CPU 316,…

Những module cùng một bộ vi xử lý nhưng khác nhau số cổng vào/raonbroad cũng như các khối hàm đặc biệt thì được phân biệt bằng cụmchữ cái IFM (Intergrated Function Module) Ví dụ như: CPU 312IFM,CPU 314IFM,…

Ngoài ra, còn có các loại module CPU có 2 cổng truyền thông, trong đócổng thứ 2 dùng để nối mạng phân tấn như mạng PROFIBUS(PROcess FIeld BUS) Loại này đi kèm với cụm từ DP (DistributedPort) trong tên gọi Ví dụ: module CPU 315-DP

- Module mở rộng:

Các module mở rộng được chia thành 5 loại

 PS (Power Supply): module nguồn là module tạo ra nguồn có điện áp

24 VDC cấp cho các module khác Có loại: 2A, 5A và 10A

 SM (Signal Module): Module mở rộng vào/ra

o DI (Digital Input): module mở rộng cổng vào số Số các cổng vào số

mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy thuộc vào từng loại module

o DO (Digital Ouput): module mở rộng cổng ra số Số các cổng vào số

mở rộng có thể là 8, 16 hoặc 32 tùy thuộc vào từng loại module

o DI/DO (Digital Input/Digital Output): module mở rộng cổng vào/ra

số Số các cổng vào/ra mở rộng có thể là 8 vào/ra hoặc 16 vào/ra tùythuộc vào từng loại module

o AI (Analog Input): module mở rộng cổng vào tương tự Bản chấtchúng là những bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) Số các cổngvào tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy từng loại module, số bit có thể là

8, 10, 12, 14, 16 tùy theo từng loại module Các dạng tín hiệu đọcđược: Điện áp, dòng điện, điện trở, nhiệt độ

o AO (Analog Output): module mở rộng cổng ra tương tự Chúng lànhững bộ chuyển đổi từ số sang tương tự (DAC) Số cổng ra tương tự

có thể là 2 hoặc 4 tùy từng loại module

o AI/AO (Analog Input/Analog Output): module mở rộng vào/ra tương

tự Số các cổng vào ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ratùy từng loại module

 IM (Interface Module): Module kết nối

Đây là loại module dùng để kết nối từng nhóm các module mở rộngthành một khối và được quản lý bởi một module CPU Thông thườngcác module mở rộng được gá liền nhau trên một thanh rack Mỗi thanhrack chỉ có thể gá được nhiều nhất 8 module mở rộng (không kểmodule CPU và nguồn) Một module CPU có thể làm việc nhiều nhấtvới 4 thanh rack và các rack này phải được nối với nhau bằng moduleIM

 FM (Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng như:module điều khiển động cơ bước, module điều khiển động cơ servo,module PID,…

 CP (Communication Processor): Module truyền thông giữa PLC vớiPLC hay giữa PLC với PC

3 Tổ chức bộ nhớ CPU

- Vùng nhớ chứa các thanh ghi: ACCU1, ACCU2, AR1, AR2,…

- Load memory: là vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng (do người sửdụng viết) bao gồm tất cả các khối chương trình ứng dụng OB, FC, FB,các khối chương trình trong thư viện hệ thống được sử dụng (SFC,SFB) và các khối dữ liệu DB Vùng nhớ này được tạo bởi một phần bộnhớ RAM của CPU và EEPROM (nếu có EEPROM) Khi thực hiệnđộng tác xóa bộ nhớ (MRES) toàn bộ các khối chương trình và khối dữliệu nằm trong RAM sẽ bị xóa Cũng như vậy, khi chương trình haykhối dữ liệu được tải xuống (download) từ thiết bị lập trình (PG, máytính) vào CPU, chugns sẽ được ghi lên phần RAM của vùng nhớ LoadMemory

- Work memory: là vùng nhớ chứa các khối DB đang được mở, khốichương trình (OB, FC, FB, SFC hoặc SFB) đang được CPU thực hiện

và phần bộ nhớ cấp phát cho những tham số hình thức để các khốichương trình này trao đổi tham trị với hệ điều hành và với các khốichương trình khác (local block) Tại một thời điểm nhất định vùngWork Memory chỉ chứa một khối chương trình Sau khi khối chươngtrình đó được thực hiện xong thì hệ điều hành sẽ xóa khỏi Work

1 0

Memory và nạp vào đó khối chương trình kế tiếp đền lượt được thựchiện

- System memory: là vùng nhớ chứa các bộ đệm vào/ra số (Q, I), cácbiến cờ (M), thanh ghi C-Word, PV, T-bit của timer, thanh ghi C-Word, PV, C-bit của counter Việc truy cập, sửa lỗi dữ liệu những ônhớ này được phân chia hoặc bởi hệ điều hành của CPU hoặc dochương trình ứng dụng

Có thể thấy rằng trong các vùng nhớ được trình bày ở trên không cóvùng nhớ nào được dùng làm bộ đệm cho các cổng vào/ra tương tự Nóicách khác các cổng vào/ra tương tự không có bộ đệm và như vậy mỗi lệnhtruy cập module tương tự (đọc hoặc gửi giá trị) đều có tác dụng trực tiếp tớicác cổng vật lý của module

Vùng địa chỉ và tầm địa chỉTên gọi Kích thước truycập Kích thước tối đa (tùy thuộcvào CPU)

Process input image (I)

Bộ đệm vào số

IIBIWID

1 1

Data block (DB)

Khối dữ liệu chia sẻ

DBXDBBDBWDBD

0 ÷ 65535.7

0 ÷ 65535

0 ÷ 65534

0 ÷ 65532

Data instance (DI)

Khối dữ liệu mẫu

DIXDIBDIWDID

0 ÷ 65535.7

0 ÷ 65535

0 ÷ 65534

0 ÷ 65532Local block (L)

Miền nhớ cục bộ cho các

tham số hình thức

LLBLWLD

0 ÷ 65535.7

0 ÷ 65535

0 ÷ 65534

0 ÷ 65532Peripheral input (PI)

Đầu ra phân tán

PIBPIWPID

0 ÷ 65535

0 ÷ 65534

0 ÷ 65532Peripheral input (PQ)

Đầu vào phân tán

PQBPQWPQD

0 ÷ 65535

0 ÷ 65534

0 ÷ 65532Trừ phần bộ nhớ EEPROM thuộc vùng Load memory và mộ phầnRAM tự nuôi đặc biệt (non-volatile) dùng để lưu trữ tham số cấu hình trạmPLC như địa chỉ trạm (MPI address), tên các module mở rộng, tất cả cácphần bộ nhớ còn lại ở chế độ mặc định không có khả năng tự nhớ (non-retentive) Khi mất nguồn nuôi hoặc khi thực hiện công việc xóa bộ nhớ(MRES), toàn bộ nội dung của phần bộ nhớ non-retentive sẽ bị mất

4 Vòng quét chương trình của PLC

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi

là vòng quét (scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữliệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thựchiện chương trình Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từlệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 Sau giai đoạn thực hiệnchương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới cáccổng ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ vàkiểm tra lỗi

Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thờigian vòng quét (Scan time) Thời gian vòng quét không cố định, tức là

1 2

không phải vòng quét nào cũng được thực hiện lâu, có vòng quét được thựchiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vàokhối dữ liệu được truyền thông…trong vòng quét đó

Vòng quét CPUNhư vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, thhh toán và việcgửi tín hiệu điều khiển tii đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằngthời gian vòng quét Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tínhthời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC Thời gian vòng quétcàng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao

Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ nhưkhối OB40, OB80,… Chương trình của các khối đó sẽ được thực hiệntrong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại Các khốichương trình này có thể được thực hiện tại mọi điểm trong vòng quết chứkhông bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình Chẳng hạnnếu một tín hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông

và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm ngững công việc truyền thông, kiểm tra, đểthực hiện khối chương trình tương ứng với khối tín hiệu báo ngắt đó Vớihình thức xử lý tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khicàng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét Do đó, để nâng caotính thời gian thực cho chương trình điều khiển tuyệt đối không nên viếtchương trình xử lý ngắt quá dài hoặc qua lạm dụng việc sử dụng chế độngắt trong chương trình điều khiển

1 3

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việctrực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùngnhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giaiđoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý Ở một số module CPU, khi gặplệnh vào/ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cảchương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra

5 Cấu trúc chương trình

Chương trình cho S7-300 được lưu trong bộ nhớ của PLC vùng dànhriêng cho chương trình Ta có thể được lập trình với hai dạng cấu trúc khácnhau

a Lập trình tuyến tính

Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một khối trong bộ nhớ.Loại lập trình cấu trúc chỉ thích hợp cho những bài toán tự động nhỏ,không phức tạp

Vòng quết PLCKhối được chọn là khối OB1, là khối mà PLC luôn quét và thực hiệncác lệnh trong nó thường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng vàquay lại từ đầu

b Lập trình cấu trúc

Chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riêngbiệt và các phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau Loạilập trình có cấu trúc phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ

và phức tạp Các khối cơ bản:

1 4

- Khối OB (Organization Block): khối tổ chức và quản lý chương trìnhđiều khiển Có nhiều loại khối OB với những chức năng khác nhau.Chúng được phân biệt với nhau bằng số nguyên theo sau nhóm ký tự

OB, ví dụ: OB1, OB35, OB80…

- Khối FC (Program Block): khối chương trình với những chức năngriêng biệt giống như một chương trình con hay một hàm (chương trìnhcon có biến hình thức) Một chương trình ứng dụng có thể có nhiềukhối FC và các khối FC này được phân biệt với nhau bằng số nguyêntheo sau nhóm ký tự FC, chẳng hạn như FC1, FC2,…

- Khối FB (Function Block): khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi mộtlượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác Các dữ liệu này phảiđược tổ chức thành khối dữ liệu riêng được gọi là Data Block Mộtchương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FB và các khối FB nàyđược phân biệt với nhau bằng số nguyên theo sau nhóm ký tự FB.Chẳng hạn như FB1, FB2, …

- Khối DB (Data Block): khối lượng dữ liệu cần thiết để thực hiệnchương trình Các tham số của khối do người sử dụng tự đặt Mộtchương trình ứng dụng có thể có nhiều khối DB và các khối DB nàyđược phân biệt với nhau bằng số nguyên theo sau nhóm ký tự DB.Chẳng hạn như DB1, DB2,…

Chương trình trong các khối được liên kết vii nhau bằng các lệnh gọikhối và chuyển khối Các chương trình con được phép gọi lồng nhau, nghĩa

là từ một chương trình con này gọi 1 chương trình con khác và từ chươngtrình con được gọi lại một chương trình con thứ 3

Lập trình có cấu trúc

1 5

c Các khối OB đặc biệt

- OB10 (Time of Day Interrupt): Chương trình trong khối OB10 sẽ đượcthực hiện khi giá trị thời gian của đồng hồ thời gian thực nằm trong mộtkhoảng thời gian đã được quy định Việc quy định khoảng thời gianhay số lần gọi OB10 được thực hiện nhờ chương trình hệ thống SFC28hay trong bảng tham số của module CPU nhờ phần mềm STEP 7

- OB20 (Time Relay Interrupt): Chương trình trong khối OB20 sẽ đượcthực hiện sau một khoảng thời gian trễ đặt trước kể từ khi gọi chươngtrình hệ thống SFC32 để đặt thời gian trễ

- OB35 (Cyclic Interrupt): Chương trình trong khối OB35 sẽ được thựchiện cách đều nhau một khoảng thời gian cố định Mặc định, khoảngthời gian này là 100ms, nhưng ta có thể thay đổi nhờ STEP 7

- OB40 (Hardware Interrupt): Chương trình trong khối OB40 sẽ đượcthực hiện khi xuất hiện một tín hiệu báo ngắt từ ngoại vi đưa vào CPUthông qua các cổng onbroad đặc biệt, hoặc thông qua các module SM,

CP, FM

- OB80 (Cycle Time Fault): Chương trình trong khối OB80 sẽ được thựchiện khi thời gian vòng quét (scan time) vượt quá khoảng thời gian cựcđại đã quy định hoặc khi có một tín hiệu ngắt gọi một khối OB nào đó

mà khối OB này chưa kết thuc ở lần gọi trước Thời gian quét mặc định

là các module có khả năng tự kiểm tra mình (diagnostic cabilities)

- OB87 (Communication Fault): Chương trình trong khối OB87 sẽ đượcthực hiện có xuất hiện lỗi trong truyền thông

- OB100 (Start Up Information): Chương trình trong khối OB100 sẽđược thực hiện một lần khi CPU chuyển từ trạng thái STOP sang RUN

- OB121 (Synchronous Error): Chương trình trong khối OB121 sẽ đượcthực hiện khi CPU phát hiện thấy lỗi logic trong chương trhhh đổi saikiuu dữ liệu hay lỗi truy nhập khối DB, FC, FB không có trong bộ nhớ

1 6

6 Ngôn ngữ lập trình

PLC S7-300 có ba ngôn ngữ lập trình cơ bản sau:

- Ngôn ngữ lập trình liệt kê lệnh STL (Statement List) Đây là dạng ngônngữ lập trình thông thường của máy tính Một chương trình được hoànchỉnh bởi sự ghép nối của nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định,mỗi lệnh chiếm một hàng và có cấu trúc chung “tên lệnh” + “toánhạng”

- Ngôn ngữ lập trình LAD (Ladder Logic) Đây là dạng ngôn ngữ đồ họa,thích hợp với những người lập trình quen với việc thiết kế mạch điềukhiển logic

- Ngôn ngữ lập trình FBD (Function Block Diagram) Đây cũng là dạngngôn ngữ đồ họa, thích hợp cho những người quen thiết kế mạch điềukhiển số

Trong PLC có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ cho các đốitượng sử dụng khác nhau Tuy nhiên một chương trình viết trên ngồn ngữLAD hay FBD có thể chuyển sang dạng STL, nhưng ngược lại thì không

Và trong STL có nhiều lệnh mà LAD hoặc FBD không có Đây cũng là thếmạnh của ngôn ngữ STL

Sự phân bố của các ngôn ngữ

1 7

7 Các thiết bị phần cứng sử dụng trong mô hình

1 8

c. Out put modul

Digital Output Module SM 322;

DO 32 _ 24 VDC/ 0.5 A; (6ES7 322-1BL00-0AA0)

1 9

II Thiết kế chương trình điều khiển

Theo yêu cầu của đề tài: Thiết kế giao diện cho hình điều khiển giám sát đèn tín hiệu giao thông sử dụng phần mềm WinCC và bộ điều khiển PLC S7-300 –

sử dụng khối hàm FB

1 Bảng địa chỉ

2 0

2 Lưu đồ thuật toán

2 1

3 Chương trình

2 2

2 3

2 4

2 5

+ Hàm FB

2 6

2 7

2 8

2 9

3 0

3 1

+ Khối DB (datablock)

3 2

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT

I Tổng quan về WinCC

1 Giới thiệu Win CC.

Win CC là chương trình ứng dụng của hãng simens dùng để giám sát, thuthập dữ liệu và điều khiển hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất Theo nghĩahẹp, Win CC là chương trình HMI hỗ trợ cho người lập trình thiết kế giao diệnNgười-Máy

Win CC là trung tâm về công nghệ và kĩ thuật được dùng để điều hành cácmàn hình điều khiển và hiển thị hệ thống trong tự động hóa sản xuất và quátrình Trung tâm này cung cấp các module chức năng thích ứng trong côngnghiệp như : hiển thị ảnh, thông điệp, lưu trữ và báo cáo Chương trình có giaodiện điều khiển thân thiện, truy cập đối tượng điều khiển nhanh chóng cùngchức năng lưu trữ an toàn của nó làm Win CC có tính hữu dụng cao Có thể nóiWin CC là chương trình chuyên dụng tạo giao diện người và máy trong tựđộng hóa công nghiệp

2 Chức năng của trung tâm điều khiển.

- Lập cấu hình hoàn chỉnh

- Hướng dẫn giới thiệu việc lập cấu hình

- Thích ứng việc ấn định, gọi và lưu trữ các dự án

- Có khả năng nối mạng và soạn thảo cho nhiều người sử dụng trong mộtProject

- Quản lý phiên bản

- Diễn tả bằng đồ thị cho dữ liệu cấu hình

- Điều khiển và đặt cấu hình cho các hình vẽ, cấu trúc hệ thống

3 3

- Thiết lập việc cài đặt toàn cục

- Đặt cấu hình cho các chức năng định vị đặc biệt

- Tạo và soạn thảo các tham khảo đan chéo

- Phản hồi tài liệu

- Báo cáo trạng thái hệ thống

- Thiết lập hệ thống đích

- Chuyển giữa Run-time và cấu hình Kiểm tra chế độ mô phỏng, trợ giúp thao tác để đặt giữ liệu bao gồm : dịch hình vẽ, mô phỏng tag, hiển thị trạng thái và thiết lập thông báo

- Phân hệ đồ họa Hiển thị và kết nối quá trình bằng đồ thị

- Viết chương trình cho các thao tác Tạo một dự án động cho các yêu cầu đặc biệt

- Hệ thống báo Xuất các thông báo và hồi đáp

- Lưu trữ và soạn thảo các giá trị đo lường Soạn thảo giá trị đo và lưu trữ chúng trong thời gian dài Soạn thảo dữ liệu lien quan đến người sử dụng và lưu trữ chúng trong thời gian dài

- Phân hệ báo cáo Báo cáo trạng thái hệ thống

 Phản hồi tài liệu

Đối với trung tâm điều khiển, việc in ra một hệ thống định sẵn có trong báo cáothiết kế để hiển thị nội dung tài liệu Tất cả các máy tính, các biến tag, các kết nối đã được định hình đều được in ra bằng “ Print Job” hay hiển thị trên màn hình

 Kiểu dữ liệu dự án được xuất ra bằng những phản hồi từ những tài liệu

- Máy tính: tên và kiểu máy tính

- Tag managenment: tên biến, kiểu dữ liệu, kênh

3 4

- Kết nối: kết nối đơn vị và các tham số

c Soạn thảo.

Editor dùng soạn thảo và điều khiển một dự án hoàn chỉnh

Các bộ soạn thảo trong trung tâm điều khiển bao gồm:

Alarm Logging(Báo động) Nhận các thông báo từ các quá

trình để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp

và lưu trữ các thông báo này

User Administrator(Quản lý

người dùng)

Cho phép các nhóm và người sử dụng điều khiển truy cập

Text Library(Thư viện văn bản) Chứa các văn bản tùy thuộc ngôn

ngữ do người dùng tạo ra

Report Designer(Báo cáo) Cung cấp báo cáo được tích hợp

có thể sử dụng để báo cáo dữ liệu,các giá trị, thông báo hiện hành

và đã lưu trữ , hệ thống tài liệu của chính người sử dụng

Global Scripts(Viết chương trình) Cho phép tạo các dự án động tùy

thuộc vào từng yêu cầu đặc biệt

Bộ soạn thảo này cho phép tạo các hàm và các thao tác có thể

3 5

được sử dụng trong một hay nhiều dự án tùy theo kiểu của chúng

Tag Logging(Hiển thị giá trị xử

 Các bộ phận truyền thông

Bộ điều khiển truyền thông là giao diện kết nối giữa một hệ thống PLC và WinCC Hệ thống WinCC chứa các bộ điều khiển truyền thông (liên kết động) trong kênh DLL với các thông tin về:

 Điều kiện tiên quyết để xử lý các tag quá trình bằng PLC

 Các thủ tục chung để kết nối với các tag bên ngoài

 Giới thiệu cấu hình đặc biệt của DLL

 Khối lệnh: một kênh trong WinCC được thực hiện như một Windows DLL và được liên kết động với hệ thống Mỗi kênh WinCC thực hiện việc truy cập các kiểu tham số kết nối đặc biệt với các nghi thức đặc biệt (chẳng hạn kênh

SIMATIC S5 Ethernet TF hỗ trợ việc truy cập SIMATIC S5 với TF

Protocol.Một kênh DLL có thể hỗ trợ nhiều khối kênh của cùng 1 kiểu

3 6

Kết nối: một kết nối logic mô tả giao diện giữa hệ thống tự động và quản lý dữ liệu trong WinCC Server đảm trách quản lý dữ liệu trong WinCC cung cấp cáctags với các giá trị quá trình khi Run-time Server cung cấp giá trị quá trình đếncác tags nội bộ của nó cũng như các tags của máy client tương ứng, chuyển cáctags được truy cập đến kết nối logic của chúng vì thế đến được kênh thích hợp.Các kênh sẽ thực hiện các bước truyền thông cần thiết bằng tuyến quá trình theo cách tối ưu nhất Bằng cách này, việc giảm thiểu chuyển dữ liệu là cần thiết trên tuyến quá trình để gán giá trị cho các tags

 Biến ( tag )

Tags WinCC là phần tử trung tâm để truy nhập các giá trị quá trình.Trong một

dự án, chúng nhận một tên và một kiểu dữ liệu duy nhất.Kết nối logic sẽ được gán với biến WinCC.Kết nối này xác định rằng kênh nào sẽ chuyển giao giá trị quá trình cho các biến.Các biến được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu toàn dự án Khi một chế độ của WinCC khởi động, tất cả các biến trong một dự án được nạp và cấu trúc Run-time tương ứng được thiết lập Mỗi biến được lưu trữ trong server theo một kiểu dữ liệu chuẩn

- Biến nội: các biến nội không có địa chỉ trong hệ thống PLC, do đó dữ liệu trong WinCC sẽ cung cấp cho toàn bộ mạng hệ thống Các biến được dùng để lưu trữ thông tin tổng quát như: ngày, giờ hiện hành, lớp hiện hành cập nhật liên tục Hơn nữa, các biến nội còn cho phép trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng để thực hiện việc truyền thông cho cùng quá trình theo cách tập trung và tối ưu

- Biến quá trình: trong WinCC, biến ngoài cũng được hiểu là tag quá trình Các biến quá trình được liên kết với truyền thông logic để phản ánh thông tin về địachỉ của các hệ thống PLC khác nhau Các biến ngoài chứa một mục tổng quát gồm các thông tin về tên, kiểu, các giá trị giới hạn và một mục chuyên biệt về kết nối mà cách diễn tả phụ thuộc kết nối logic Quản trị dữ liệu luôn cung cấp những mục đặc biệt của quá trình cho các ứng dụng trong một mẫu văn bản

- Nhóm biến: nhóm biến chứa tất cả các biến có kết nối logic lẫn nhau

Ví dụ các nhóm biến:

• CPU: nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập cùng một CPU

• Lò nhiệt: nhóm này chứa tất cả các biến truy cập cho một lò

3 7

• I/O số: nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập các đầu vào/ra số

• I/O tương tự: nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập các đầu vào/ra tương tự

Một kết nối logic diễn tả giao diện giữa hệ thống tự động và quản lý dữ

liệu.Mỗi nhóm biến được gán với một khối kênh, một kênh có thể chứa nhiều nhóm biến

 Các kiểu dữ liệu:

Các kiểu dữ liệu có trong Win CC

Signed 8-Bit Value Kiểu 8 bit có dấu

Unsigned 8-Bit Value Kiểu 8 bit không dấu

Signed 16-Bit Value Kiểu 16 bit có dấu

Unsigned 16-Bit Value Kiểu 16 bit không dấu

Signed 32-Bit Value Kiểu 32 bit có dấu

Unsigned 32-Bit Value Kiểu 32 bit không dấu

Floating Point Number 32-Bit

Text Tag 8-Bit Character Set Kiểu kí tự 8 bit

Text Tag 16-Bit Character Set Kiểu kí tự 16 bit

Sau đây là vài kiểu dữ liệu cần dùng

 Kiểu dữ liệu 8bit không dấu

3 8

 Kiểu dữ liệu 16bit không dấu

DwordToUnsignedDword 0 to 65535

DwordToUnsignedDDword 0 to 65535

3 9

 Kiểu dữ liệu 32 bit không dấu

4 0